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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Spannungsregler.
Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf Spannungsregler in
einem Computersystem.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Computersysteme
enthalten üblicherweise eine
Anzahl integrierter Schaltungen (ICs). viele ICs, wie zum Beispiel
Mikroprozessoren, sind mit speziellen Strom- und Spannungsanforderungen
definiert. Zu dem Zeitpunkt, zu dem ein IC entwickelt wird, sind zur
Anpassung an die Strom- und Spannungsanforderungen der ICs die Spezifikationen
für die,
diese ICs implementierenden Schaltungsplatinen ebenfalls definiert.
Schwierigkeiten treten auf, wenn es eine Änderung in der IC-Entwicklung
gibt, die eine Neudefinition einer bestimmten Spannungs- oder Stromversorgung
erfordert. Dies ist gewöhnlich
entweder während
der Entwicklungs-, Herstellungs- oder Testphasen der Produktion
oder wenn nach der Produktion ein Upgrade gewünscht wird.
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Üblicherweise
wurden in diesen Situationen zwei Lösungen gewählt. Eine erste Lösung ist
eine vollständige
Neuentwicklung der Schaltungsplatine zur Anpassung an die Strom-
und Spannungsanforderungen des neuen IC. Diese Lösung ist üblicherweise teuer und unerwünscht, besonders
wenn zur Einhaltung einer ursprünglichen
Spezifikation bereits eine große
Anzahl von Schaltungsplatinen entwickelt und hergestellt wurde.
Die zweite Lösung
ist eine Entwicklung einer Schaltungsplatine, die die Flexibilität zur Anpassung
an mehrere ICs mit verschiedenen Strom- und Spannungsversorgungen
aufweist. Diese zweite Lösung
ist vom ökonomischen
Standpunkt wünschenswerter,
ist aber vom Entwicklungsstandpunkt aus auch schwieriger.
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Es
hat mehrere Versuche zur Entwicklung einer Schaltungsplatine gegeben,
die unterschiedliche geregelte Strom- und Spannungspegel an spezielle ICs
auf der Schaltungsplatine bereitstellen kann. Eine Lösung war
die Ausführung
von schaltungsplatineninternen Spannungsreglern und anpassungsfähigen Hauptplatinen.
Sowohl die Entwicklungen der schaltungsplatineninternen Spannungsregler
als auch der anpassungsfähigen
Hauptplatinen gestatteten für
spezielle ICs ein Neueinstellen [Reset] des voreingestellten Spannungspegels
des Systems auf einen neuen Spannungspegel. Dies wurde durch eine
fest zugeordnete Gruppe von Schaltungen auf der Hauptplatine erreicht.
Die Schaltung war zur Änderung
der für
die Komponenten im System erforderlichen Spannung einstellbar.
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Sowohl
die vom schaltungsplatineninternen Spannungsregler als auch von
der anpassungsfähigen
Hauptplatine bereitgestellte Spannung und der Strom waren jedoch
durch die Definitionen ihrer Auslegung begrenzt. Um die Flexibilität einer
Schaltungsplatinenentwicklung zu maximieren, mussten der Regler
und die Schaltungsplatine die Maximallösung ausführen, was oft die teuerste
Lösung
war. Wenn 10% des Sortiments eines Herstellers eine spezielle Spannungsregelung
erfordernde Mikroprozessoren aufwies, musste der Hersteller auf
diese Weise die Lösung
zur speziellen Spannungsregelung für jede seiner Schaltungsplatinen
ausführen.
Dies war erforderlich, wenn der Hersteller eine Verwendung einer
Standardschaltungsplatine für
alle seine Produkte wünschte.
Wenn von einem System nicht die Nutzung einer teureren Speziallösung gefordert war,
war diese Ausführung
verschwenderisch. Wenn andererseits eine Maximallösung in
einer Entwicklung nicht ausgeführt
wurde und die fest zugeordnete Schaltungsanordnung auf der Platine
nicht in der Lage war, für
die Einhaltung der speziel len Spannungs- und Stromanforderungen
des Systems eingestellt zu werden, dann hatten der schaltungsplatineninterne
Spannungsregler oder die anpassungsfähige Hauptplatine keinen Nutzen
und die Schaltungsplatine musste neu entwickelt werden.
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Zusätzlich zur
notwendigen Ausführung
der Maximallösung
für die
Platine hatten sowohl der schaltungsplatineninterne Spannungsregler
als auch die anpassungsfähige
Hauptplatine den Nachteil, nicht zur Einstellung der an die Anwendung
bereitgestellten Spannung oder des Toleranzpegels in der Lage zu
sein. Zum Beispiel könnte
eine, mit einer 3.0 ± 10%
Volt Versorgung eingestellte Platine auf 3.1 ± 10% Volt neu eingestellt
werden. Die Platine könnte jedoch
nicht mit einer 3.0 ± 5%
Volt Versorgung neu eingestellt werden oder zur Bereitstellung von
4 Ampere eingestellt werden, wenn sie ursprünglich zur Bereitstellung von
3 Ampere entwickelt wurde. Mit anderen Worten, in der Vergangenheit
musste die Schaltungsplatine neu entwickelt werden, wenn die Toleranz-
oder Stromanforderungen einer IC modifiziert wurden.
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Eine
weitere Lösung
zur Erhöhung
der Flexibilität
der Schaltungsplatine bestand in einer Entwicklung eines chipinternen
Reglers. Eine Entwicklung eines chipinternen Reglers integrierte
zur Bereitstellung einer gehäuseinternen
Regelung von Spannung und Strom an den IC einen Spannungsregler und
einen IC im gleichen Gehäuse.
Da die Spannungs- und Stromreglung für den IC im gleichen Gehäuse erfolgte,
waren zur Ausführung
eines neuen IC mit anderen Spannungs- und Stromanforderungen keine
Modifikationen auf der Schaltungsplatine notwendig.
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Ein
Hauptnachteil der Entwicklung eines chipinternen Reglers war die
Wärmeisolierung.
Da die Reglerkomponente und die IC-Komponente dicht zueinander verpackt
waren, beeinflusste die von den Komponenten abgeführte Wärme die
Gesamtleistung der gesamten Einheit. Die Wärmeisolierung begrenzte die Gesamtenergie,
die beide Komponenten ableiteten. Die im Zusammenhang mit dem Problem der
Wärmeisolierung
verwendeten Kühlkörper belegten
einen großen
Prozentanteil des verfügbaren
Gehäuseraums
im chipinternen Regler. Dies reduzierte den verfügbaren Raum für die Reglungskomponente und
erforderte ein hohes Integrationsniveau für den Regler, was teuer war.
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Eine
Einrichtung zur Spannungsregelung gemäß dem Stand der Technik ist
in der Veröffentlichung
EP-R-0 641 046 offenbart. Folglich ist eine ökonomische und effiziente Spannungsregelungseinrichtung
gewünscht,
die die Bereitstellung festgelegter Spannungs- und Strompegel an
festgelegte Komponenten auf einer Schaltungsplatine ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung überwindet
durch das Bereitstellen einer abnehmbaren Spannungsregelungseinrichtung,
die von der Hauptplatine entfernt und durch eine zweite abnehmbare
Spannungsregelungseinrichtung ersetzt werden kann, wenn Komponenten
auf der Schaltungsplatine eine andere Strom- oder Spannungsbereitstellung
erfordern, die Nachteile des Standes der Technik. Die vorliegende
Erfindung nutzt eine Entwicklung, die eine Positionierung an einer
Stelle auf der Schaltungsplatine gestattet, die die Vorteile der örtlichen
Lage maximiert, während
die Effekte der Wärmeabgabe
minimiert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bereitstellung
eines geregelten Stroms und einer Spannung an Komponenten auf einer
Schaltungsplatine.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
weist die Erfindung eine abnehmbare Spannungsregelungseinrichtung
auf, die Strom und Spannungen auf vorgegebene Pegel regelt. Die
Spannungsregelungseinrichtung ist über einen Steckverbinder an
das Computersystem gekoppelt. Wenn eine Veränderung der an Komponenten
auf der Schaltungsplatine bereitgestellten Strom- und Span nungspegel
gewünscht
ist, wird die ursprüngliche
Spannungsregelungseinrichtung vom Steckverbinder entfernt und durch
eine andere Strom- und Spannungspegel bereitstellende zweite Spannungsregelungseinrichtung
ersetzt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt mehrere Spannungs- und Strompegel an
IC-Komponenten bereit, die bei mehreren Spannungs- und Strompegeln
arbeiten. Die vorliegende Erfindung stellt Systemen, die eine Vielzahl
von ICs nutzen, die bei verschiedenen Spannungs- und Strompegeln
arbeiten, auch deren erforderlichen Spannungen bereit.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Regler in der Nähe der von ihm geregelten Komponenten
positioniert werden, ohne wertvolle nutzbare Fläche auf der Schaltungsplatine
zu belegen. Durch eine Minimierung der zwischen dem Regler und der von
ihm bedienten Komponente vorliegenden Verluste erreicht die Erfindung
daher enge Schaltungstoleranzen. Das Design der vorliegenden Erfindung
minimiert auch die Effekte der Wärmeabgabe
der Reglerschaltungsanordnung.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden detaillierten Beschreibung
und den beigefügten
Zeichnungen des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung vollständiger
verstanden werden. Die Beschreibung und Zeichnungen sind nicht zur
Begrenzung der Erfindung auf das spezielle Ausführungsbeispiel gedacht. Sie
werden zur Erklärung und
zum Verständnis
der vorliegenden Erfindung bereitgestellt.
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1 veranschaulicht
ein mit der Spannungsregelungseinrichtung der vorliegenden Erfindung
konfiguriertes Computersystem.
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2 veranschaulicht
ein Ausführungsbeispiel
des Spannungsreglermoduls der vorliegenden Erfindung.
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3 veranschaulicht
eine Flächenansicht des
auf eine Hauptplatine montierten Spannungsreglermoduls von 2.
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4 veranschaulicht
eine mögliche
Definition einer Steckaufnahme eines Spannungsreglermoduls gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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5 ist
eine Blockdarstellung, die eine Ausführung des Spannungsreglermoduls
für einen
Einspannungsprozessor zeigt.
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6 ist
eine Blockdarstellung, die eine weitere Ausführung des Spannungsreglermoduls
für einen
Zweispannungsprozessor zeigt.
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7 veranschaulicht
eine Blockdarstellung für
eine Ausführung
des Spannungsreglermoduls für einen
Zweispannungsprozessor (Prozessor mit zwei Betriebsspannungen),
bei der zwei Regler genutzt werden.
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8 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführung des Spannungsreglermoduls
unter Verwendung eines linearen Reglers.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es
wird eine Einrichtung zur Bereitstellung von geregeltem Strom und
Spannung an ein Computersystem offenbart. In der folgenden Beschreibung werden
zur Ermöglichung
eines vollständigen
Verständnisses
des bevorzugten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung zahlreiche spezielle Details einschließlich verschiedener
Steuersignale, Spannungs- und Stromwerte und Arten von Reglern dargelegt.
Es wird jedoch für
einen Fachmann ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung
ohne diese speziellen Details umgesetzt werden kann. In anderen
Fällen
sind bekannte Schaltungen, Strukturen und Verfahren nicht ausführlich gezeigt,
um eine unnötige
Verschleierung der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.
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1 veranschaulicht
ein mit der Spannungsregelungseinrichtung der vorliegenden Erfindung
konfiguriertes Computersy stem. Das Computersystem weist zur Übertragung
von Informationen einen Bus 110 auf. Ein Mikroprozessor 120 wird
zur Verarbeitung von Informationen verwendet und ist mit Bus 110 gekoppelt.
Der Hauptspeicher 130 besteht aus einem Speicher mit wahlfreiem
Zugriff (RAM) oder irgendeiner anderen dynamischen Speichereinrichtung,
die zur Speicherung der vom Mikroprozessor 120 ausgeführten Informationen
und Anweisungen verwendet wird. Der Hauptspeicher 130 kann
auch zur Speicherung temporärer
Variablen oder anderer Zwischeninformationen während der Ausführung von
Anweisungen durch den Mikroprozessor 120 verwendet werden.
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Das
Computersystem weist auch eine Datenspeichereinrichtung 140 auf,
wie zum Beispiel ein Fest-, Disketten- oder optisches Plattenlaufwerk.
Die Datenspeichereinrichtung ist zur Speicherung von Informationen
und Anweisungen ebenfalls mit Bus 110 gekoppelt. Eine alphanumerische
und andere Tasten umfassende alphanumerische Eingabeeinrichtung 150 kann
zur Kommunikation von Informationen an Prozessor 120 ebenfalls
mit Bus 110 gekoppelt sein.
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Ein
Systemspannungsregler 160 liefert durch das Senden einer
geregelten Spannung über die
Stromschiene 170 eine Spannung an das Spannungsreglermodul 180,
den Hauptspeicher 130, die Datenspeichereinrichtung 140 und
die Tastatursteuerungseinrichtung 150. Die Spannungsregelungseinrichtung 180 empfängt die
von Spannungsregler 160 bereitgestellte Spannung und regelt
sie ferner entsprechend den für
Mikroprozessor 120 erforderlichen Spezifikationen.
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2 veranschaulicht
ein Ausführungsbeispiel
des Spannungsreglermoduls. Die elektrischen Komponenten des Spannungsreglermoduls 200 sind mit
einer Schaltungsplatine 210 gekoppelt. Ein Spannungsregler 220 befindet
sich in der Mitte der Schaltungsplatine 210. Der Spannungsregler
regelt voreingestellte Spannungs- und Strompegel des Systems auf
die von den elektrischen Komponenten auf der Hauptplatine zu verwendenden,
festgelegten Pegel. Der Spannungsregler kann einer von vielen Arten sein.
In den bevorzugten Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung wird entweder ein linearer Regler oder
ein Schaltregler verwendet. Ein typischer linearer Regler regelt
durch eine Steuerung des Spannungsabfalls über einen, in Reihe mit einer
Last geschalteten Leistungstransistor und wird implementiert, wenn
ein schnelles Einschwingverhalten höchst wünschenswert ist. Ein typischer
Schaltregler regelt zur Bereitstellung eines gepulsten Stromverlaufs
an ein Netzwerk von induktiven und kapazitiven Energiespeicherelementen
unter Verwendung eines Leistungstransistors als ein Schalter und
wird eingesetzt, wenn eine Energieeffizienz höchst wünschenswert ist. Die Kondensatorkomponenten 230 und 235 sind zur
Aufrechterhaltung des geregelten Spannungspegels mit dem Ausgang
des Spannungsreglers gekoppelt. Der Spannungsregler 220 könnte zum
Beispiel die Systemspannung von 5.0 V nehmen und sie auf die von
einem Mikroprozessor auf der Hauptplatine verwendete 3.53 V herunter
regeln.
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Das
Kühlkörperelement 225 ist
angrenzend an Spannungsregler 220 mit der Schaltungsplatine 210 gekoppelt.
Das Kühlkörperelement 225 ist
in Betrieb, um bei einer nicht nachteiligen Beeinflussung des IC
den Spannungsregler unterhalb seiner maximal festgelegten Betriebstemperatur
zu halten. Bei Auswahl einer Kühlkörpergestaltung
berücksichtigt man
die maximale Energie, die der Spannungsregler 220 umwandeln
wird, die Effekte der Wärmeleitfähigkeit
im Spannungsregler 220 und die um den Spannungsregler herum
positionierten IC-Komponenten und die maximale Umgebungstemperatur
und den minimalen Luftstrom, in denen der Betrieb des Reglers und
dieser Komponenten erwartet wird.
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Eine
auf der Platine montierte Steckaufnahmen-Baugruppe 240 ist
mit dem unteren Rand des Spannungsreglermoduls gekop pelt. Die Steckaufnahmen-Baugruppe 240 gestattet
dem Spannungsreglermodul einen Empfang von Spannungen und Signalen
vom Computersystem und gestattet dem Spannungsreglermodul ein Senden
von Spannungen und Signalen an das Computersystem. Die Eingangs-
und Ausgangs-Pins [Eingangs- und Ausgangsanschlussstifte] auf den
Schnittstellen der Hauptplatine sind direkt mit den Steckaufnahmen
auf der Steckaufnahmen-Baugruppe 240 auf dem Spannungsreglermodul
gekoppelt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Steckaufnahmen-Baugruppe 240 eine 30-Pin-Steckaufnahme
mit 30 einzelnen Steckaufnahmen zur Koppelung mit 30 Pins auf einer Träger- bzw.
Halterungskomponente.
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Die
Slots [Steckplätze] 250 und 255 (häufig als „Klammergriff-Slots" bezeichnet) gestatten
den Einsatz von zwei Sperrklinken auf der Halterungskomponente auf
der Hauptplatine. Dies befestigt die Spannungsmodulkomponente 200 in
der Halterungskomponente auf der Hauptplatine und verhindert elektrische
Verbindungen zwischen den Eingangs- und Ausgangs-Pins und das Trennen
der Steckaufnahmen-Baugruppe 240. Um das Spannungsreglermodul 200 von
der Halterungskomponente zu entfernen, zieht man manuell an den
Sperrklinken in der Halterungskomponente.
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3 veranschaulicht
eine Flächenansicht des
auf einer Hauptplatine 340 montierten Spannungsreglermoduls 200.
Mikroprozessor 350 ist über die
Halterungskomponente 355 an die Hauptplatine 340 gekoppelt.
Der Mikroprozessor 350 nutzt eine Lüfter- und Kühlkörperkomponente 360,
um den Mikroprozessor innerhalb eines festgelegten Betriebstemperaturbereichs
in Betrieb zu halten. Der Mikroprozessor 350 arbeitet bei
einem vom Systempegel verschiedenen Spannungs- und Strompegel und
erfordert eine spezielle Regelung.
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Das
Spannungsreglermodul 200 stellt die für Prozessor 350 erforderliche
Spannungsregelung bereit. Die Halterungskomponente 335 ist
ein standardisierter Steckverbinder, der dem Spannungsreglermodul 200 das
Ankoppeln an die Hauptplatine 340 gestattet. Die Halterungskomponente 335 ist über die Pins 345 mit
der Hauptplatine 340 gekoppelt. Die Halterungskomponente 335 weist
eine feste Pindefinition auf, die einer Vielzahl von Spannungsreglermodulen
das Ankoppeln an die Hauptplatine 340 gestattet. Mehrere
der Pins auf der Halterungskomponente 335 sind mit Leiterbahnen
in der Hauptplatine verbunden, die mit einer Systemstromversorgung verbinden.
Andere Pins auf dem Verbinder 335 sind mit den Strom-Pins
von ICs, wie zum Beispiel Prozessor 350, zum Zwecke des
Betreibens dieser Einrichtungen verbunden. Wenn das Computersystem Mikroprozessor 350 mit
einem zweiten, bei anderen Spannungs- und Strompegeln arbeitenden
Mikroprozessor nachgerüstet
würde,
könnte
das Spannungsreglermodul 200 durch ein zweites Spannungsreglermodul
ersetzt werden, das Spannung und Strom auf den für den neuen Mikroprozessor
erforderlichen Pegel regelt. Das abnehmbare Spannungsreglermodul ist
leicht zu entfernen und zu ersetzen. Auf diese Weise wird die Regelung
für einen
neuen Mikroprozessor ohne eine Modifikation der Hauptplatinengestaltung erreicht.
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Die
Ausführung
eines Spannungsreglermoduls gestattet die Flexibilität des Ersetzens
des vorhandenen Reglermoduls mit Regler 220, der die Spannung
und den Strom auf einen Pegel regelt, durch ein zweites Spannungsreglermodul,
das Spannung und Strom auf einem zweiten Pegel regelt. Dies ist
eine Verbesserung gegenüber
den bekannten Designs. Die vorliegende Erfindung stellt zur Einhaltung der
speziellen Spannungs- und Stromanforderungen für den aktuellen Prozessor Mittel
zur genauen Regelung und Steuerung der Spannung bereit, ohne die Schaltungsplatinenentwickler
mit der Zwangsbedingung zu belasten, durch eine Verwendung von schaltungsplatineninternen
Reglern oder Entwicklungen von anpassungsfähigen Hauptplatinen-Arten die Spannungs-
und Stromanforderungen zukünftiger Prozessoren
berücksichtigen
zu müssen.
Eine Bereitstellung der Maximallösung
für alle
Schaltungsplatinen ist nicht erforderlich. Stattdessen können die Entwickler
für alle
Prozessorentwicklungen eine allgemeine Schaltungsplatine verwenden
und die teure Maximallösungsschaltungsanordnung
durch eine Verwendung eines kundenspezifischen Spannungsreglermoduls
nur wenn erforderlich ausführen.
Für alle
anderen Prozessorentwicklungen können
die Entwickler ein Spannungsreglermodul ausführen, das eine preiswertere
Lösung
bereitstellt.
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Die
Geometrie und die thermische Gestaltung des Spannungsreglermoduls
stellt auch eine Lösung
zur Minimierung von Verlusten und der Wärmeabgabe zwischen der Spannungsreglereinheit
und den ihren Arbeitsbereich umgebenden Komponenten bereit. Die
Geometrie des Spannungsreglermoduls 200 gestattet ein Platzieren
in der Nähe
des Mikroprozessors 350, so dass das Spannungsreglermodul 200 durch
eine Minimierung der der dazwischenliegenden Verbindung beider Komponenten
zugeordneten Verluste die für
die CPU erforderlichen engen Spannungstoleranzen erreichen kann.
Dabei nutzt das Spannungsreglermodul 200 Raum auf der vertikalen
Ebene, um den wertvollen Oberflächenplatz
zu minimieren, den es um den Prozessor herum belegt. Dies gestattet
anderen wichtigen Komponenten, die einen Empfang von Hochgeschwindigkeitssignalen benötigen, eine
Anordnung in unmittelbarer Nähe zum
Prozessor. Auf diese Weise wird eine maximale Platzeffizienz erreicht.
Es sei angemerkt, dass in einigen Hauptplatinengestaltungen vertikaler
Platz wertvoller als horizontaler Platinenoberflächenplatz ist. In diesen Situationen
kann zur Maximierung der Platzeffizienz das Spannungsreglermodul
horizontal montiert werden.
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Die
thermische Gestaltung der vorliegenden Erfindung minimiert den Effekt
der Wärmeabgabe vom
Spannungsregler 220 auf den Mikroprozessor 350 und
vom Mikroprozessor 350 auf den Spannungsregler 220.
Die Wärme
erzeugenden und abführenden Komponenten
auf dem Spannungsreglermodul 200, wie zum Beispiel Spannungsregler 220 und
Kühlkörperelement 225,
sind auf der, der Prozessoreinheit 350 gegenüberliegenden
Seite der Schaltungsplatine 210 positioniert. Die keine
Wärmeabgabeprobleme
aufwerfenden Kondensatoren 326 sind auf der, der Prozessoreinheit 350 zugewandten
Seite der Schaltungsplatine 210 positioniert. Dies gestattet eine
Abgabe der Wärme
dieser Komponenten auf der vom Prozessor entfernten Seite und eine
Trennung durch die Schaltungsplatine des Spannungsreglermoduls 210.
Das Spannungsreglermodul 200 befindet sich parallel zum
Luftstrom des Prozessors 350, so dass die erwärmte Luft
weder in die Richtung vom Spannungsreglermodul 200 zum
Prozessor 350 noch in die Richtung vom Prozessors 200 zum
Spannungsreglermodul strömt.
Die Gestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung
gegenüber der
Gestaltung des Standes der Technik eines chipinternen Reglers, bei
der die Positionierung der Regler- und der Prozessorkomponenten
Wärmeabgabeprobleme
verursachten. Die Gestaltung dieser Erfindung gestattet die Anordnung
des Spannungsreglers 220 in der Nähe des Mikroprozessors 350,
so dass die Spannung mit einer engen Spannungstoleranz des Mikroprozessors 350 erreicht
wird, ohne auf eine Wärmeisolierung
zu verzichten.
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4 veranschaulicht
eine mögliche
Definition der Steckaufnahmendefinition der Steckaufnahmen-Baugruppe
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Steckaufnahmen sind in zwei Spalten und fünfzehn Reihen
aufgeteilt. Die Steckaufnahmen in den Reihen 1 und 2 der Spalte
A und B, Reihe 9 der Spalte A und Reihe 13 der Spalten A und B sind
mit VSS gekennzeichnet. Diese Steckaufnahmen
sind mit den Pins auf der Halterungskomponente gekoppelt, die mit
Masse verbunden sind. Die Steckaufnahmen in Reihe 5 der Spalte A
und B und Reihe 6 der Spalte A und B sind für Systemspannungseingänge. Das Computersystem
sendet an diesen gekennzeichneten Steckaufnahmen 3.3 Volt an das
Spannungs reglermodul. Ebenso sind die Steckaufnahmen in Reihe 14
der Spalte A und B und Reihe 15 der Spalte A und B ebenfalls für Systemspannungseingänge. Das Computersystem
sendet 5.0 Volt an diesen gekennzeichneten Steckaufnahmen an das
Spannungsreglermodul. Die Steckaufnahme an Reihe 3 der Spalte A
hat keine erzwungene Definition, kann aber optional als ein Systemspannungseingangspin
zur Eingabe von 12.0 Volt verwendet werden. Die an diesen Steckaufnahmen
eingegebenen Spannungen können
in Abhängigkeit
vom Bedarf des Computersystems hoch geregelt, herunter geregelt
oder durch das Spannungsreglermodul durchgeleitet werden.
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Die
mit Vcore gekennzeichneten Steckaufnahmen
in den Reihen 7–10
sind für
eine Spannungsausgabe. Eine Spannung von den Steckaufnahmen Vcore wird an die die Verarbeitung ausführende Schaltungsanordnung
im Mikroprozessor gesendet. Die mit VI/O gekennzeichneten
Steckaufnahmen in den Reihen 3 und 4 sind ebenfalls für eine Spannungsausgabe.
Eine Spannung von den Steckaufnahmen VI/O wird
an die, die Eingangs-/Ausgangsschaltung treibende
Schaltungsanordnung im Prozessor gesendet.
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Die
Steckaufnahmen in den Reihen 11 und 12 der Spalten A und B sind
für vier
Steuersignale gekennzeichnet. Das Signal PWRGOOD ist ein optionales
Ausgangssignal, das beim Erreichen zulässiger Pegel des Spannungsreglermodulausgangs hoch
gesteuert wird. Wenn sich der Ausgang des Spannungsreglermoduls
nicht innerhalb der Toleranz der zu bedienenden Komponente befindet,
wird das Signal herunter gesteuert. Das Signal SENSE ist ein Eingangssignal
zum Modul. Die Funktion dieses Signals ist die Ausführung einer
Fernerfassungsoption. Dieses Signal wird zur Korrektur von Spannungsabfällen über die
Verbindung den Spannungspegel der Ausgangsspannung an einem gewünschten
entfernten Standort bereitstellen, wie zum Beispiel an den Steckbuchsen-Pins.
Das Signal UPVRM# ist ein 3.3 Volt-Aus gangssignal des Spannungsreglermoduls. Dieses
Signal wird bereitgestellt, um zu bestimmen, ob das Modul ein Nachrüstungs-
oder ein Over DriveTM-Prozessor(ODP)-Modul
oder ein Originalhersteller(OEM)-Modul ist. Der niedrige Zustand
zeigt ein Nachrüstungsmodul
an und ein hoher Zustand zeigt ein OEM-Modul an. Das Signal DISABLE (bzw. DEAKTIVIEREN)
ist ein TTL-Standardpegel-Eingangssignal, üblicherweise
von einem Prozessor zum Spannungsreglermodul. Dieses Signal wird
zur Steuerung der Ausgangsspannung bereitgestellt. Der hohe Signalzustand
deaktiviert zur Verhinderung des Betriebs mit einem unzulässig angepassten
Prozessor die Ausgangsspannung des Spannungsreglermoduls.
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5 ist
eine Blockdarstellung, die eine Ausführung des Spannungsreglermoduls
für einen
bei 3.53 Volt arbeitenden Einspannungsprozessor zeigt. Das Spannungsreglermodul 500 weist
die Spannungsregelungsschaltungsanordnung 510 und die Steckaufnahmen-Baugruppe 240 auf.
Die Spannungsregelungsschaltungsanordnung 510 regelt zur
Versorgung einer Komponente, wie zum Beispiel eines Mikroprozessors,
eine Eingangsspannung vom Computersystem auf eine gewünschte Ausgangsspannung.
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In
der vorliegenden Ausführung
des Spannungsreglermoduls 500 empfängt die Spannungsregelungsschaltungsanordnung 510 ein
Eingangssignal von 5.0 Volt von der mit den Steckaufnahmen 14A, 14B, 15A und 15B verbundenen
Leitung 525. Für
einen eine Eingangsspannung von 3.53 Volt anfordernden Mikroprozessor
würde die
Spannungsregelungsschaltungsanordnung 510 programmiert
werden, die Eingabe von 5.0 Volt auf 3.53 Volt herunter zu regeln
und sie an die mit den Vcore- und VI/O-Steckaufnahmen 7A, 7B, 8A, 8B, 9B, 10A, 10B, 3B, 4A und 4B verbundene
Leitung 530 zu senden. Die Vcore-Steckaufnahmen 7A, 7B, 8A, 8B, 9B, 10A und 10B sind
an die Pins auf der Halterungskomponente gekoppelt, die zu den die
Verarbeitungsschaltungsanordnung versorgenden Strom-Pins des Mikroprozessors
verbinden. Die VI/O- Steckaufnahmen 3B, 4A und 4B sind
an die Pins auf der Halterungskomponente gekoppelt, die mit den
die Eingangs-/Ausgangsschaltungsanordnung
versorgenden Strom-Pins des Mikroprozessors verbinden. Die Steckaufnahmen 1A, 1B, 2A, 2B, 9A, 13A und 13B sind
an die Pins auf der Halterungskomponente gekoppelt, die mit Masse verbunden
sind. Diese sind über
Leitung 535 mit der Spannungsregelungsschaltungsanordnung
verbunden und stellen für
die Schaltungsanordnung eine Masseverbindung bereit. Die Kondensatoren 540 sind
mit der Ausgangsleitung 530 und der Masseleitung 535 verbunden
und dienen der Aufrechterhaltung des Spannungspegels auf der Ausgangsleitung 530.
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Leitung 545 verbindet
die Steckbuchse PWRGOOD auf der Steckaufnahmen-Baugruppe 240 mit
dem Ausgang PWRGOOD auf der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 510.
Das Signal PWRGOOD ist ein Ausgangssignal vom Spannungsreglermodul,
das auf einen zulässigen niedrigen
Zustand gesteuert wird, wenn sich der Spannungsreglermodulausgang
nicht innerhalb zulässiger
Pegel befindet. Leitung 550 verbindet die Steckbuchse DISABLE
auf der Steckaufnahmen-Baugruppe 240 mit dem Eingang DISABLE
auf der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 510. Das
Signal DISABLE ist ein 5 Volt Eingangssignal an das Modul zur Steuerung
der Ausgabe der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 510.
Ein hoher Zustand deaktiviert den Ausgang der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 510.
Leitung 555 verbindet die Steckbuchse SENSE auf der Steckaufnahmen-Baugruppe 240 mit
dem Eingang SENSE auf der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 510.
Das Signal SENSE ist ein Eingangssignal zur Spannungsregelungsschaltungsanordnung 510.
Die Funktion des Signals ist das Bereitstellen des Spannungspegels
der Ausgangsspannung an einen gewünschten entfernten Standort.
Das Signal SENSE (bzw. ERFASSEN) gestattet der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 510 eine
Korrektur von Spannungsabfällen über den
Verbindun gen. Leitung 560 verbindet die Steckbuchse UPVRM#
auf der Steckaufnahmen-Baugruppe 240 mit der Masseleitung 535.
Das Signal UPVRM# vom Spannungsreglermodul 500 wird bereitgestellt,
um zu bestimmen, ob das Spannungsreglermodul 500 ein Nachrüstungsmodul
oder ein OEM-Modul ist. Ein niedriger Zustand zeigt an, dass das
Spannungsreglermodul ein Nachrüstungsmodul
ist und ein hoher Zustand zeigt an, dass es ein OEM-Modul ist. Im
vorliegenden Fall wird ein niedriger Zustand angezeigt.
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6 ist
eine Blockdarstellung, die eine weitere Ausführung des Spannungsreglermoduls
für einen
bei 2.5 und 3.3 Volt arbeitenden Zweispannungsprozessor zeigt. Das
Spannungsreglermodul 600 weist eine Spannungsreglungsschaltung 610 und eine
Steckaufnahmen-Baugruppe 240 auf. Spannungsreglungsschaltungsanordnung 610 regelt zur
Versorgung einer Komponente, wie zum Beispiel einen Mikroprozessor,
eine Eingangsspannung vom Computersystem auf eine gewünschte Ausgangsspannung.
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In
der vorliegenden Ausführung
des Spannungsreglermoduls 600 empfängt die Spannungsreglungsschaltungsanordnung 610 ein
Eingangssignal von 3.3 Volt von der mit den Steckaufnahmen 5A, 5B, 6A und 6B verbundenen
Leitung 625. Die Spannungsreglungsschaltungsanordnung 610 regelt die
Eingangsspannung von 3.3 Volt auf 2.5 Volt herunter und sendet sie
an die mit den Vcore-Steckaufnahmen 7A, 7B, 8A, 8B, 9B, 10A, 10B verbundene Leitung 630.
Die Vcore-Steckaufnahmen 7A, 7B, 8A, 8B, 9B, 10A und 10B sind
an die Pins auf der Halterungskomponente gekoppelt, die mit den
die Verarbeitungsschaltungsanordnung versorgenden Strom-Pins des
Mikroprozessors verbinden. Leitung 670 verbindet die die
Eingangsspannung von 3.3 Volt übertragenden
Steckaufnahmen 5A und 5B mit den VI/O-Steckaufnahmen 3A, 3B, 4A, 4B.
Die an die Pins auf der Halterungskomponente gekoppelten VI/O-Steckaufnahmen 3B, 4A und 4B sind
mit den die Eingangs-/Ausgangsschaltungsanordnung
versorgenden Strom-Pins des Mikroprozessors verbunden. Die Steckaufnahmen 1A, 1B, 2A, 2B, 9A, 13A und 13B sind
an die Pins auf der Halterungskomponente gekoppelt, die mit Masse
verbunden sind. Diese Pins sind über
Leitung 635 mit der Spannungsregelungsschaltungsanordnung
verbunden und stellen für
die Schaltungsanordnung eine Verbindung mit Masse bereit. Die Kondensatoren 640 sind
mit der Ausgangsleitung 630 und der Masseleitung 635 verbunden
und dienen der Aufrechterhaltung des Spannungspegels auf der Ausgangsleitung 630.
Die Kondensatoren 675 sind mit der Leitung 670 und
der Masseleitung 635 verbunden und dienen der Aufrechterhaltung
des Spannungspegels auf Leitung 670.
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Leitung 645 verbindet
die Steckbuchse PWRGOOD auf der Steckaufnahmen-Baugruppe 240 mit
dem Ausgang PWRGOOD auf der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 610.
Leitung 650 verbindet die Steckbuchse DISABLE auf der Steckaufnahmen-Baugruppe 240 mit
dem Eingang DISABLE auf der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 610.
Leitung 655 verbindet die Steckbuchse SENSE auf der Steckaufnahmen-Baugruppe 240 mit
dem Eingang SENSE auf der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 610.
Leitung 660 verbindet die Steckbuchse UPVRM# auf der Steckaufnahmen-Baugruppe 240 mit
der Masseleitung 635. Dies ergibt ein niedriges Ausgangssignal, das
anzeigt, dass das Spannungsreglermodul ein Nachrüstungsmodul ist. Ein hohes
Signal würde
ein OEM-Spannungsreglermodul anzeigen.
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Die
vorliegende Erfindung ist zur Ausführung einer Vielzahl von Spannungsreglern
auf einem einzelnen Spannungsreglermodul in der Lage. 7 veranschaulicht
eine Blockdarstellung für
eine Ausführung
des Spannungsreglermoduls für
einen bei 2.5 und 3.53 Volt arbeitenden Zweispannungsprozessor,
bei der zwei Regler genutzt werden. Das Spannungsreglermodul 700 weist
die Spannungsreglungsschaltungsanordnung 710 und 715 und
die Steckaufnahmen-Baugruppe 720 auf. Die Spannungsreglungsschaltungsanordnung 710 und 715 regelt
zur Versorgung einer Komponente, wie zum Beispiel eines Mikroprozessors,
die Eingangsspannungen vom Computersystem auf die gewünschten
Ausgangsspannungen.
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In
der vorliegenden Ausführung
des Spannungsreglermoduls 700 empfängt die Spannungsreglungsschaltungsanordnung 710 ein
3.3-Volt-Eingangssignal von der mit den Steckaufnahmen 5A, 5B, 6A und 6B verbundenen
Leitung 725. Die Spannungsreglungsschaltungsanordnung 710 regelt das
Eingangssignal von 3.3 Volt auf 2.5 Volt herunter und sendet es
an die mit den Vcore-Steckaufnahmen 7A, 7B, 8A, 8B, 9B, 10A und 10B verbundene
Leitung 730. Die Vcore-Steckaufnahmen 7A, 7B, 8A, 8B, 9B, 10A und 10B sind
an die Pins auf der Halterungskomponente gekoppelt, die mit den
die Verarbeitungsschaltungsanordnung versorgenden Strom-Pins des Mikroprozessors
verbinden. Die Spannungsreglungsschaltungsanordnung 715 empfängt ein
5.0-Volt-Eingangssignal von der mit den Steckaufnahmen 14A, 14B, 15A und 15B verbundenen
Leitung 785. Die Spannungsreglungsschaltungsanordnung 715 regelt
das 5.0-Volt-Eingangssignal auf 3.53 Volt herunter und sendet es
an die mit den VI/O-Steckaufnahmen 3B, 4A und 4B verbundene Leitung 790.
Die VI/O-Steckaufnahmen 3B, 4A und 4B sind
an die Pins auf der Halterungskomponente gekoppelt, die mit den
die Eingangs-/Ausgangsschaltungsanordnung versorgenden Strom-Pins
des Mikroprozessors verbinden. Die Steckaufnahmen 1A, 1B, 2A, 2B, 9A, 13A und 13B sind
an die Pins auf der Halterungskomponente gekoppelt, die mit Masse verbunden
sind. Diese Pins sind über
die Leitungen 735 und 795 mit der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 710 und 715 verbunden
und stellen für
die Schaltungsanordnung eine Verbindung mit Masse bereit. Die Kondensatoren 740 sind
mit der Ausgangsleitung 730 und Masse verbunden und dienen
der Aufrecherhaltung des Spannungspegels auf der Ausgangsleitung 790.
Die Kondensatoren 741 sind mit der Ausgangsleitung 790 und
Masse verbunden und die nen der Aufrecherhaltung des Spannungspegels
auf der Ausgangsleitung 790.
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Leitung 745 verbindet
die Steckbuchse PWRGOOD 11A auf der Steckaufnahmen-Baugruppe 720 mit
dem Ausgang PWRGOOD auf der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 710.
Leitung 750 verbindet die Steckbuchse DISABLE 12B auf
der Steckaufnahmen-Baugruppe 720 mit dem Eingang DISABLE
auf der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 710. Leitung 755 verbindet
die Steckbuchse SENSE 11B auf der Steckaufnahmen-Baugruppe 720 mit
dem Eingang SENSE auf der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 710. Leitung 746 verbindet
die Steckbuchse PWRGOOD 16A auf der Steckaufnahmen-Baugruppe 720 mit dem
Ausgang PWRGOOD auf der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 710.
Leitung 751 verbindet die Steckbuchse DISABLE 12B auf
der Steckaufnahmen-Baugruppe 720 mit dem Eingang DISABLE auf
der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 710. Leitung 756 verbindet
die Steckbuchse SENSE 16B auf der Steckaufnahmen-Baugruppe 720 mit dem
Eingang SENSE auf der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 710.
Leitung 760 verbindet die Steckbuchse UPVRM# auf der Steckaufnahmen-Baugruppe 720 mit
Masse. Dies ergibt ein niedriges Ausgangssignal, das anzeigt, dass
das Spannungsreglermodul ein Nachrüstungsmodul ist. Ein hohes
Signal würde
ein OEM-Spannungsreglermodul anzeigen.
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Wie
in den 5, 6 und 7 veranschaulicht
kann die vorliegende Erfindung zur Regelung von Spannung und Strom
für einen
Einspannungsprozessor oder einen Zweispannungsprozessor verwendet
werden. Die Anzahl der Steckaufnahmen und die Anzahl der Spannungen
kann bei der vorliegenden Erfindung zur Bereitstellung einer beliebigen
Anzahl von Spannungen an eine beliebige Anzahl von Prozessoren innerhalb üblicher
Systementwicklungsrahmen erhöht
werden. Auf diese Weise ist die vorliegende Erfindung zur Regelung
von Spannung und Strom für
eine Vielzahl von Ein- und Mehrspannungsprozessoren innerhalb der
vor gegebenen existierenden Stromführungs- und Liefermöglichkeit des
Moduls in der Lage.
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Wenn
die Spannungsanforderung eines Prozessors mit einer der verfügbaren Systemspannungen
und Toleranzen übereinstimmt,
kann in einem anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ein Spannungsreglermodul mit Verbindungen von
den Systemspannungssteckaufnahmen zu entweder den Vcore-
oder VI/O-Steckaufnahmen auf der Steckaufnahmen-Baugruppe
ausgeführt
werden. Die Verbindungen würden
ohne eine weitere Regelung als Router zum Lenken der Systemspannungen
zum Computersystem dienen. Das Spannungsreglermodul würde in dieser
Ausführung
als ein „Kurzschlussblock" dienen.
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Die
vorliegende Erfindung könnte
in einer Hauptplatinengestaltung ausgeführt werden, die einen bereits
vorhandenen Spannungsregler oder eine Spannungsversorgung aufweist.
Die vorliegende Erfindung könnte
beim Einstecken eines Spannungsreglermoduls in die Halterungskomponente
für eine Deaktivierung
oder Trennung des bereits vorhandenen Spannungsreglers oder der
Stromversorgung konfiguriert werden. Dies kann durch die Nutzung
der verschiedenen am Spannungsreglermodul verfügbaren Steuersignale erreicht
werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann auf mehrere Art und Weisen programmiert
werden. Im Ausführungsbeispiel
des beschriebenen Spannungsreglermoduls programmiert man die Erfindung
durch ein Herausziehen des vorliegenden Spannungsreglermoduls aus
der Halterungskomponente auf der Hauptplatine und ein Einstecken
eines zweiten Spannungsreglermoduls, das zur Regelung von Spannung
und Strom bei den neu gewünschten
Pegeln entwickelt ist. Andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung umfassen die Ausführung
von Jumpern und Dekodern im Spannungsreglermodul. Ein Jumper enthaltendes
Ausführungsbeispiel
gestattet dem Anwender zur Regelung der Ausgangsspannung bei verschiedenen
Pegeln eine manuelle Neukonfiguration der Span nungsregelungsschaltungsanordnung.
Ein eine Dekoderschaltung mit der Spannungsregelungsschaltungsanordnung
implementierendes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gestattet einem Prozessor eine Kommunikation
mit der Spannungsregelungsschaltungsanordnung und ein Einstellen
des von der Spannungsregelungsschaltung zu regelnden Spannungspegels.
Sowohl die Jumper- als auch die Dekoderausführungen gestatten dem Anwender
eine zusätzliche
Flexibilität beim
Neueinstellen der Spannungspegel innerhalb jedes Spannungsreglermoduls.
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8 zeigt
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Spannungsreglermoduls
unter Verwendung eines linearen Reglers. Es sollte verstanden werden,
dass diese schematische Darstellung zu Zwecken der Veranschaulichung
der Erfindung gezeigt wird und dass andere Schaltungsentwicklungen
innerhalb des Schutzmfangs dieser Erfindung genutzt werden können. Das
Spannungsreglermodul weist die Spannungsregelungsschaltungsanordnung 805 und
eine Steckaufnahmen-Baugruppe 240 auf. Von der Spannungsregelungsschaltungsanordnung 805 wird
zur Regelung der Spannung ein linearer Reglerchip 810 verwendet.
Reglerchip 810 weist zum Empfang von Eingangsspannungen
einen Eingangsanschluss 815 auf, einen linearen Regler
zur Regelung der Eingangsspannung, einen Abstimmungs-Pin 840 zur
Programmierung der Pegel, auf die die Ausgangsspannung zu regeln ist,
und einen Ausgangsanschluss 850 zum Versenden der geregelten
Ausgangsspannung. Der lineare Reglerchip empfängt am Eingangsanschluss 815 5 Volt
von der Systemspannungsversorgung. Der Eingangsanschluss 815 ist
mit den Steckaufnahmen 14A, 14B, 15A und 15B auf
der Steckaufnahmen-Baugruppe 240 verbunden. Die Kondensatoren 820–822 werden
als Eingangskapazität
und zur Entkoppelung kurzer Übergangsvorgänge von
der 5 Volt-Versorgung vom System verwendet. Die Widerstände 825 und 826 bilden
einen Rückkopplungsteiler,
der zum Einstellen der gewünschten
Ausgangsspannung des linearen Reglerchips 810 über das
Abstimmungs-Pin 840 verwendet wird. Der Rückkopplungsteiler
kann zum Beispiel eingestellt werden, um den linearen Reglerchip 810 zur
Erzeugung eines 3.53-Volt-Ausgangssignals
am Ausgangsanschluss 850 zu programmieren. Der Kondensator 830 dient zur
Beschleunigung des Ansprechverhaltens des linearen Reglers der Überbrückung des
Rückkopplungsteilers
bei hohen Frequenzen. Die Kondensatoren 855–857 werden
als Ausgangskapazität
zur Aufrechterhaltung des Pegels der Ausgangsspannung an das System
verwendet.
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Die
geregelte Ausgangsspannung vom linearen Reglerchip 810 wird
an die VI/O- und Vcore-Steckaufnahmen 7A, 7B, 8A, 8B, 9B, 10A, 10B, 3B, 4A und 4B gesendet.
Die Steckaufnahme PWRGOOD 11A ist mit der geregelten Ausgangsspannung
auf Leitung 851 verbunden und die Steckaufnahme UPVRM# 12A ist
mit den Steckaufnahmen 1A, 1B, 2A, 2B, 9A, 13A und 13B verbunden,
die an die mit Masse verbundenen Pins auf der Halterungskomponente gekoppelt
sind. In diesem Ausführungsbeispiel
des Spannungsreglermoduls werden die für ein 3.3-Volt-Eingangssignal
vorgesehenen Steckaufnahmen 5A, 5B, 6A und 6B nicht
verwendet. Die für
Erfassungsfunktionen vorgesehene Steckaufnahme 11B und
die für
Deaktivierungsfunktionen vorgesehene Steckaufnahme 12B werden
ebenfalls nicht verwendet.